近红外光谱分析技术在石化油品分析中的应用分析

肖金玲

摘 要：近红外光谱分析技术在石油化工企业中有着广泛的应用，是对石油化工产品进行实时检测和快速分析测试非常理想的技术手段之一。现代的近红外光谱分析技术有机地结合了红外光谱分析技术、基础分析技术与化学测量分析技术等三种测量技术，实现了高速高效地对各种化工化学样品进行组分、性能和质量的分析。目前，石油化工炼油生产过程中，近红外光谱分析技术在油品分析过程中应用较为广泛，通过利用近红外光谱分析技术更准确地对油品成分和质量进行分析。本文重点阐述了近红外光谱分析技术在石油化工油品分析中的应用， 并简单介绍了近红外光谱分析技术的特点和分析原理。

关键词：近红外光谱；分析；油品分析；样品

近红外光谱分析技术是石油化工企业生产过程中所必须依靠的重要分析技术之一，该技术已成为对有机化合物进行定性分析和结构分析的有力手段。近红外光谱分析技术利用其具备高效节能、安全性高、无污染的优越性已经应用于各行各业，包括石油开采、化工产品生产领域，通过参考物理参数数值分析满足生产的需要。近红外光谱分析技术具有被分析样品用量需求少、无污染、无破坏、快速、高效、绿色环保和成本低等特点，在短短的几秒时间内即可同时测量被分析有机物的十几种质量参数，有效地降低了化验分析设备的投资与维护费用，实现了分析过程的绿色化和测量信号的数字化，具有典型的现代化技术特征。因此，在石油化工企业化验分析过程中，近红外光谱分析技术是实现对化工产品进行实时检测和快速分析测试的所必须依靠的重要的分析技术。

一、近红外光谱分析技术的分析原理

由于红外光辐射的能量远远低于紫外光辐射的能量，因此，当红外光照射到需要进行分析的样品时，红外光辐射的能量不能引起分子中电子能级的跃迁，而只能被进行分析的样品分子吸收，引起分子振动能级和转动能级的跃迁。由分子的振动能级和转动能级跃迁产生的连续吸收光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱分为近红外光区、中红外光区和远红外光区等三个区域。在红外吸收光谱的三个区域中，近红外光谱是由分子振动能级跃迁产生的振动光谱。而大多数有机化合物分子产生的都是振动光谱，所以近红外光谱分析技术才得到重点研究。 近红外光谱分析技术采用的是定量分析方法和定性分析方法。

1）定量分析方法。定量分析基本原理是依据朗伯-比尔定律进行的，利用趋势分析法、比率分析法、相互对比法、结构分析法和数学模型法等方法，选择具有普遍性的化学样品当作标准集，然后把需要进行检测的样品利用扫描的方法扫描出近红外光谱，将扫描出的光谱值代入到先前的数学模型之中得到预测值，通过预测值和化学测定值之间的相关值和标准差衡量模型的准确度。在此结果中，如果模型的准确度高就可以用此模型来测定分析样品，但由于红外吸收光谱测定多在可透过红外光的固体介质中进行，在获得的相邻吸收峰较密集的带状谱带中，吸收峰往往不对称，因此进行定量分析时，应严格保持测定条件的一致，以获得可靠的分析结果。

2）定性分析方法。近红外吸收光谱进行有机化合物定性分析可分为两个方面，一是官能团定性分析，二是结构分析。近红外光谱分析技术定性分析法是利用相同样品在波长不同的条件下具有相同的光谱的特征，借助峰位鉴别法、模式鉴别法、聚类分析法等分析方法，使各种样品实现聚类识别，最后结合某一样品的定量数据模型判断其物理参数数值。

定量分析方法和定性分析方法作为两种不同性质的测量技术，区别在于定性分析的方法主要是依据红外光谱图谱，凭借样品光谱反映出的样品组成和结构信息进行测定分析；而定量分析则需要测定样品的相应数值，要求是较高的精确的。

二、近红外光谱分析技术在石油化工生产中的应用

近红外光谱分析技术是针对各种样品进行快速检测和即时分析是一种十分理想的技术手段，是石油开采和石油化工检测过程中所依赖的分析技术之一。在化验分析过程中，根据光谱提供的样品性质及过程产物性质，生产装置实时对操作条件和工艺过程进行调整和优化，控制和优化生产装置，从而提高石油化工企业的生产效率和产品质量。

在石油化工企业油品分析过程中，近红外光谱分析技术通过对石油性质和各类指标是否达标进行化验分析测试，得到相应的分析数据后，利用数据及时改进生产工艺和操作条件，选择有效的生产加工技术，从而提高石油利用率及石油产品质量。

通常油品是由不同的组成成分构成，这些不同组成成分的油品在红外光谱图上都有各自对应的光谱特征。由于不同基团产生的光谱在红外光区吸收的峰位和程度不尽相同，伴随着样品组成的变化情况其在光谱图上呈现的光谱特征也会随之发生变化，变化的程度也就为在近红外光谱的定性和定量分析过程提供了理论依据。除此之外，石油的油品样品中烃类含量的变化的同时近红外光谱的波度也会引起相应变化，在变化过程中通过化学计量学方法对采集到的光谱数据进行总结处理，得到样品组成变化的数据。当样品组成发生不同程度的变化时，样品的性质发生相应变化，同时样品的光谱也会发生相应变化。近红外光谱利用所反映的样品性质的变化情况，构建样品性质变化与其对应的近红外光谱变化之间的联系。

三、近红外光谱分析技术的应用价值分析

红外光谱分析技术的一个重要特点就是技术本身的成套性，即必须同时具备三个条件：一是各项性能长期稳定的近红外光谱仪，是保证数据具有良好再现性的基本要求；二是功能齐全的化学计量学软件，是建立模型和分析的必要工具；三是准确并适用范围足够宽的模型。

在测量方式上，近红外光谱分析技术对于样品是否是以固体、液体还是其他存在状态都没有限制。一般情况下，在对样品进行分析过程中，如果需要对样品进行预先处理然后再进行质量测量，那么就会增加生产投资成本费用，加重企业生产负担。但是，在石油化工企业中利用近红外光谱分析技术对油品进行化验分析，油品样品可以进行直接测量，简化了操作步骤和化验分析过程。

利用近红外光谱分析技术可以提高测量数据的精确度，并且可以将分析數据充分利用起来。在化验分析过程中根据样品在红外光谱图中呈现的光谱特征，能够高效率的确定被测样品与原先测定样品之间的差异，如果相同则可以直接使用资源；如果存在很大差异甚至不同则再用更精确的方法进行分析，随后将测量分析的数据存放在数据库中，这就避免了繁琐的重复分析工作，提高了分析效率，降低了生产成本。与其它的各种油品分析方法相比较，利用近红外光谱分析技术实现了油品质量检测技术的最新化、分析结果的最精确化和分析效率的最快化。

结束语

近红外光谱分析技术在石油化工企业中广泛地应用于油品质量分析之中，可用于测定油品的等级、凝点、辛烷值、乙醇值等各种物性参数，并可用于油品的调和和测定组成成分，对分析油品质量提供了有效而又简便的方法，在炼油过程中最大限度的降低了生产成本，保障油品质量合格，提高了经济效益。

参考文献：

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